MEDECINE/SCIENCES 2006 ; 22 : 595-600
REVUES
SYNTHÈSE
M/S n° 6-7, vol. 22, juin-juillet 2006L’expectoration
induite,
outil de diagnostic
de l’asthme
professionnel
Catherine Lemière, Jean-Luc Malo
nels : « L’asthme est une maladie dont la sévérité est variable ; elle se caractérise par une hyperexcitabilité
de la trachée et des bronches en réponse à une variété de stimulus ; elle se manifeste par un rétrécissement diffus des bronches se corrigeant soit spontanément soit après traitement [2].
À partir des années 70, les recherches consacrées à l’asthme s’éloignent des préoccupations physiologiques d’ordre mécanique et s’efforcent plutôt de cerner et de comprendre la physiopathologie de la maladie, c’est-à-dire la nature de l’inflammation bronchique et son effet sur la contraction du muscle bronchique responsable du « bronchospasme ». La cascade inflammatoire de l’asthme est aujourd’hui en partie élucidée, elle a pour acteurs les cellules sanguines (lymphocytes, éosinophi-les, mastocytes, polynucléaires…) et comme agents les médiateurs du système immunitaire (histamine, leu-cotriènes, cytokines…) [3]. Actuellement, l’attention des chercheurs se concentre sur les conséquences cica-tricielles (remodelage bronchique) de l’inflammation. Conformément aux protocoles de recherche, l’inflam-mation bronchique est évaluée par des lavages bron-choalvéolaires et des biopsies bronchiques effectués à l’aide de bronchoscope flexible : cette méthode avec les années est devenue facile et sans complications
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Le diagnostic de l’asthme professionnel (AP)
repose essentiellement sur la mise en évidence
de changements fonctionnels respiratoires
con-sécutifs à une exposition à des agents présents
en milieu de travail. L’expectoration induite
per-met d’évaluer de façon répétée l’inflammation
bronchique de la plupart des sujets victimes d’un
AP. Ceux-ci présentent, pour la plupart, une
éosi-nophilie bronchique lors de l’exposition à l’agent
causal de leur AP. Cette éosinophilie disparaît
ou diminue quand les sujets ne sont plus
expo-sés à l’agent qui induit l’AP. Elle se manifeste
également lorsque ces patients sont exposés en
laboratoire à l’agent professionnel en cause. La
persistance d’une inflammation bronchique chez
les sujets atteints d’AP, que l’on a soustraits à
l’agent à l’origine de leur maladie, pourrait être
un facteur de mauvais pronostic. Le recours à
l’expectoration induite est, à notre point de vue,
un outil utile dans le diagnostic et le suivi de l’AP.
Son rôle dans la surveillance de travailleurs à
ris-que d’être victime de l’AP reste cependant à être
déterminé.
<
Université de Montréal, Service de pneumologie et Axe de recherche en santé respiratoire, Hôpital du Sacré-Cœur de Montréal, 5400, boulevard Gouin Ouest, Montréal (Québec),
H4J 1S9 Canada.
catherine.lemiere@umontreal.ca
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L’asthme : de la définition clinique
et fonctionnelle au concept physiopathologique
En 1959 [1] et 1962 [2], des conférences et des docu-ments de consensus proposaient des définitions pour ce qu’il est convenu d’appeler les maladies pulmonaires obstructives chroniques, c’est-à-dire celles qui causent un ralentissement du débit de l’air lors de l’expiration forcée. Cette période correspond aux heures de gloire de la physiologie respiratoire qui a doté les cliniciens d’in-dices fonctionnels pour quantifier l’obstruction pulmo-naire et qui a révélé les mécanismes physiques (intra- et extra-bronchiques) à la source de la diminution du débit expiratoire. La définition proposée pour l’asthme comprenait alors des éléments cliniques et
fonction-Article reçu le 8 mars 2006, accepté le 10 mai 2006.
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significatives [4]. Cependant, depuis la mise en place de la méthode de l’expectoration induite [5, 6] l’évaluation physiopathologique sert à la fois au diagnostic et au traitement. En effet, le pourcentage d’éo-sinophiles que contient l’expectoration induite peut être utilisé pour surveiller l’évolution de la maladie et modifier son traitement avec un meilleur rendement que celui offert par l’emploi des indices fonction-nels traditionfonction-nels [7].
Méthodes d’évaluation de l’inflammation bronchique
L’inflammation bronchique peut être évaluée au moyen de deux
méthodes, celle de la mesure du NO expiré [8] dont il ne sera pas
question dans cet article, bien qu’elle soit utilisée dans l’AP [9], et celle de l’expectoration induite. Durant les années 90, la méthodolo-gie de l’expectoration induite a été mise au point et standardisée [5, 6]. Il s’agit d’un test qui consiste à faire expectorer les sujets à l’aide d’une nébulisation de solution saline hypertonique. L’expectoration recueillie qui contient des cellules d’origine bronchique est ensuite fil-trée, traitée et analysée. Des lames sont préparées à l’aide d’une cen-trifugeuse (Cytospin®), ce qui permet d’obtenir un compte cellulaire total et différentiel de la cellularité bronchique après avoir effectué une coloration de Wright. Des techniques d’immunohistochimie ou d’hybridation in situ peuvent également être pratiquées sur les lames d’expectoration. Certains médiateurs de l’inflammation peuvent aussi être mesurés dans le surnageant de l’expectoration. Des auteurs ont montré une corrélation satisfaisante entre le pourcentage d’éosino-philes contenus dans le lavage bronchoalvéolaire et celui observé dans l’expectoration induite [10]. En revanche, la corrélation obtenue avec les biopsies bronchiques est un peu moins nette [10].
Le défaut principal de cette méthode tient à l’impossibilité d’obtenir
un spécimen valable dans à peu près 20 % des cas [11] ; s’ajoute
aussi la durée du procédé : ensemble, le traitement de l’échantillon, la coloration et la lecture des lames exigent environ une heure et demie. De plus, le traitement de l’échantillon doit être effectué dans les deux heures. Ce laps de temps peut être étendu à neuf heures si le spécimen est réfrigéré [12].
L’asthme au travail et l’asthme professionnel
Environ 10 % des sujets dont l’asthme commence à l’âge adulte déclarent que leurs symptômes sont plus prononcés au travail, ils présentent donc de l’asthme au travail, telle est l’expression con-sacrée pour désigner cette affection. De cette proportion, environ le quart ou le tiers souffrent d’AP, c’est-à-dire un asthme causé par un produit présent dans le milieu professionnel [13, 14]. Les agents déclencheurs de l’AP appartiennent à la famille large des protéines (farine, animaux de laboratoire, fruits de mer…) qui induisent une sensibilisation allergique de type IgE, semblable à celle incriminée dans l’asthme allergique commun, ou bien il s’agit de produits chi-miques (polyuréthanes, émanations de soudure, acrylates…) dont le mécanisme de sensibilisation allergique demeure le plus souvent inconnu (voir www.asthme.csst.qc.ca).
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Bien que le diagnostic de l’AP repose sur différentes méthodes, celle qui est considérée comme le test de référence consiste à exposer le travailleur à un agent susceptible de déclencher une crise et présent dans le milieu professionnel : des tests fonctionnels respiratoi-res permettent de constater et de mesurer la réaction ; des tests biologiques mettent en évidence l’inflamma-tion bronchique [14]. Ces tests sont le plus souvent effectués dans un laboratoire hospitalier. Il est égale-ment possible d’évaluer le calibre, l’hyperexcitabilité et l’inflammation bronchiques après une période de travail et de comparer les résultats avec ceux obtenus en laboratoire.
Avantage de l’expectoration induite en tant
qu’outil du diagnostic de l’asthme professionnel
Il est intéressant de noter que les deux premières étu-des consacrées à la valeur ou à l’analyse de la contri-bution de l’expectoration induite en tant qu’élément du diagnostic de l’asthme professionnel ont été toutes deux publiées dans le numéro 13 du European
Respira-tory Journal en 1999 [15, 16]. La première présente des résultats enregistrés au moment des tests de provoca-tion bronchique spécifique, et la seconde fait état des résultats enregistrés lors d’une investigation externe, sur les lieux même des activités professionnelles des sujets examinés pendant leur travail puis hors de ces lieux pendant les périodes de congé.
Lors des tests de provocation bronchique spécifiques
La majorité des études ont évalué l’intensité de l’in-flammation bronchique après une exposition des sujets en laboratoire à des agents pouvant causer de l’AP. Dans la plupart des cas, une éosinophilie a été obser-vée. Obata et al., auteurs de la première publication, ont à la fois analysé l’expectoration induite et le NO expiré chez 17 sujets ayant subi des tests de provoca-tion bronchique par l’acide plicatique, l’agent causant l’AP au cèdre rouge. Une augmentation des éosinophiles et du NO expiré a été relevée chez les neuf sujets qui ont présenté une réaction asthmatique [15]. En outre, une augmentation des éosinophiles de l’expectoration a été constatée après une exposition à divers agents déclencheurs d’AP de haut et de bas poids moléculaires
[17] : farine [18], acarien contaminant le grain [19],
isocyanates [18, 20], cèdre rouge [15] ou
cyano-acrylate [21]. Cependant, l’examen de l’expectoration de certains sujets exposés aux isocyanates [22, 23] et à la poussière de grain [24], a montré une augmentation du nombre de neutrophiles. Quoi qu’il en soit les fac-teurs déterminant le type d’inflammation bronchique
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sont mal connus. Ainsi, tant le type de réaction inflammatoire que son intensité pourraient dépendre du niveau et de la durée d’exposition à ces agents [23]. D’autres facteurs tel le délai de recueil de l’expec-toration après la fin de l’exposition pourraient également expliquer la variabilité de la réponse inflammatoire mesurée. En effet, une exposition aux isocyanates pourrait se traduire par une infiltration initiale des neutrophiles suivie par celles des éosinophiles. Il se peut
également, comme le mentionnent Douwes et al. [25], qu’une partie
des sujets asthmatiques présentent une inflammation neutrophilique prédominante.
Comme pour l’asthme commun, après l’exposition à des allergènes ubiquitaires, les changements de l’expectoration précèdent les chan-gements fonctionnels. Ainsi, après des expositions successives à ces agents, les sujets victimes d’AP présentent d’abord une augmentation d’éosinophiles, d’éotaxine et d’IL-5, on constate ensuite chez eux les changements de calibre bronchique et de réactivité bronchique non spécifique [26](Figure 1).
Lors de l’examen après une période de temps au travail et hors travail
L’étude de l’inflammation bronchique après une période au travail et hors travail pourrait constituer un outil supplémentaire en vue d’éva-luer l’AP. Cependant, jusqu’ici peu de travaux ont considéré l’ajout de l’expectoration induite comparée de l’AP au travail et hors du travail. Les sujets dont l’AP est reconnu présentent dans leurs expectora-tions une augmentation du pourcentage d’éosinophiles au cours de leurs activités professionnelles ; ce pourcentage diminue quand ils quittent les lieux de leur travail ; ce phénomène n’est pas observé chez les sujets asthmatiques qui n’ont pas d’AP, comme l’ont montré pour la première fois Lemière et ses collaborateurs chez 16 sujets examinés pour AP, dont 10 présentaient un AP confirmé en réaction à des agents variés [16]. Par ailleurs, l’ajout de l’expectoration induite à la mesure répétée des débits de pointe au travail et hors
du travail améliore la spécificité de ce test comparé aux tests de provocation bronchique spécifiques
qui servent de référence [27]. En effet, en ajoutant l’information sur la présence d’une éosinophilie de 1 ou 2 % dans l’expectoration recueillie au cours des périodes de travail à l’information obtenue par la lecture des valeurs de débit de pointe seulement, la précision ou l’acuité du diagnostic s’améliore de 18 ou de 27 % selon que le seuil d’éosinophilie est de 1 % ou de 2 %. Dans le cas d’un seuil d’éosinophilie de 1 %, la sensibilité s’améliore aussi de 8 %. De plus, la plupart des sujets avec AP présentent une éosinophilie asso-ciée au travail (médiane de 2,8, écart interquartile de 9,1) supérieure à celle relevée hors travail (médiane de 0,5 et écart interquartile de 3,0) ; de leur côté, les asthmatiques sans AP présentent une augmentation des neutrophiles dans leur expectoration (médiane de 59,5 et écart interquartile de 41,6) qui s’atténue quand ils ne sont plus exposés aux agents qui exa-cerbent leurs symptômes respiratoires (médiane de 37,7 et écart interquartile de 32,3) [27]. Cependant, certaines personnes présentant de l’AP ne présentent pas d’éosinophilie dans leur expectoration qu’elles soient ou non au travail, mais plutôt une neutrophilie. Anees et al. ont analysé l’expectoration induite de 38 travailleurs examinés pour possibilité d’AP en réac-tion à des agents chimiques de faible poids molécu-laire. De ce nombre, 14 sujets seulement présentaient une éosinophilie significative ; ils avaient aussi une obstruction et une hyperexcitabilité bronchiques plus
marquées [28]. Le taux de neutrophiles était plus
élevé dans les deux groupes de sujets (ceux avec et ceux sans éosinophilie significative).
Le cas d’un sujet exposé à l’huile de coupe a illustré une augmentation marquée des neutrophiles au travail se corrigeant après retrait de l’exposition [29]. Ces chan-gements étaient parallèles aux chanchan-gements de spi-rométrie et de CP20 (concentration causant une chute de 20 % du volume maximal expiré durant la première seconde d’une expiration forcée [VEMS]).
Outre le profil cytologique, il est instructif d’exa-miner le surnageant. Park et al. ont relevé une aug-mentation de la métalloprotéinase-9 chez des tra-vailleurs atteints d’AP après qu’ils aient été exposés aux isocyanates ; cette augmentation était même plus marquée que chez des travailleurs avec AP mais soustraits à l’exposition aux isocyanates depuis cinq
ans [30]. Enfin, on peut tirer des renseignements
utiles de la présence ou non des cytokines comme l’IL-8, l’IL-5 ou l’ECP (eosinophilic cationic protein)
[17, 31].
Figure 1. Augmentation précoce de l’éosinophilie bronchique précédant les changements fonctionnels. Le jour précédant la réaction asthmatique surve-nue au jour J et identifiée par (J-1), il existe une augmentation importante de l’éosinophilie sans changement de VEMS ou d’hyper-réactivité bronchique après exposition à des agents de bas poids et de haut poids moléculaires. Chaque point représente un sujet évalué en trois jours différents (d’après [10]).
Éosinophiles de l’expectorât, 10 6/ml 0,001 0,01 0,1 1 10 100 Témoin J-1 J Témoin J-1 J p = 0,02 p = NS p = NS p = 0,02 Agents de bas poids moléculaire
Agents
de haut poids moléculaire
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L’analyse de l’expectoration induite apparaît donc comme un outil pratique pour améliorer le diagnostic d’AP.
Intérêt de l’expectoration induite lors du suivi
des travailleurs souffrant d’asthme professionnel
Des études effectuées après 1980 ont montré que les travailleurs souffrant d’AP ne guérissaient pas complètement après avoir été soustraits à l’agent causal. Certes, dans la plupart des cas, les symptômes de l’asthme s’atténuent si le travailleur n’est plus exposé à l’agent causal ; il peut s’aggraver lorsqu’il y reste exposé [32]. Cependant, chez à peu près 75 % des sujets qui cessent d’être expo-sés, persiste une hyperexcitabilité bronchique ; elle est en général peu prononcée. Cette atteinte pourrait s’expliquer à la fois par la persistance de l’inflammation bronchique et par un remodelage bronchique cicatriciel.
Nous avons évalué l’inflammation bronchique résiduelle à partir de l’examen de l’expectoration induite de près de cent travailleurs ayant un AP causé par des agents variés quelque dix ans après avoir cessé d’être exposé à ces agents. Le Tableau I présente des données tirées de
notre publication [33]. Nous avons défini trois groupes de sujets : ceux apparemment guéris selon les critères fonctionnels (normalisation du calibre et de l’excitabi-lité bronchiques), ceux améliorés (élévation significative du seuil d’excitabilité bronchique) et ceux non améliorés. La majorité des sujets guéris du point de vue fonctionnel sont aussi guéris du point de vue inflammatoire puisque les taux d’éosinophiles et de neutrophiles demeurent dans les limites de la normale. Cependant, certains sujets, même guéris ou améliorés du point de vue fonc-tionnel, présentent encore une augmentation significa-tive du taux d’éosinophiles dans l’expectoration induite, et certains ont des taux de neutrophiles élevés, témoi-gnant ainsi de la persistance de l’inflammation bron-chique. Les sujets des groupes dits guéris et améliorés ont cessé d’être exposés à des agents déclencheurs d’AP depuis plus longtemps et présentaient un asthme moins sévère. De plus, au moment du suivi, on a relevé chez eux des taux plus faibles d’éosinophiles et de neutrophiles que ceux du groupe des non-améliorés. De plus, ces mêmes groupes comptent des valeurs plus faibles de médiateurs qui exercent un effet sur les neutrophiles (IL-8, MPO) (Tableau II). Les taux d’éotaxine sont semblables dans les trois groupes (Tableau II), ce médiateur exerçant un effet chimiotactique sur l’éosinophile dans une situation aiguë (test de provocation allergénique) mais non chronique. Les causes de cette inflammation bronchi-que résiduelle, plusieurs années après la fin de l’exposition, demeurent hypothétiques et leur signification clinique reste à déterminer. Une telle inflammation rési-duelle a également été décrite par Chan-Yeung et ses collaborateurs qui ont examiné des travailleurs victimes d’AP au cèdre rouge après avoir cessé d’être exposés à l’agent causal depuis cinq ans en moyenne [34].
Éosinophiles Groupe guéri
(n = 20)
Groupe amélioré (n = 36)
Groupe non amélioré (n = 28) n % n % n % 0 — 1 % 15 75 29 81 12 43 1 — 1,9 % 2 10 4 11 7 25 2 — 4,9 % 1 5 2 5 3 11 5 % 2 10 1 3 6 21 valeur médiane du % (IQ) 0,5 (0,95) 0,2 (0,72) 1,0 (3,6) Neutrophiles n % n % n % 40 % 11 55 24 67 10 36 41 — 50 0 0 1 3 4 15 51 — 60 5 25 4 11 3 10 61 4 20 7 19 11 39 valeur médiane du % (IQ) 36,8 (39,8) 28,8 (41,9) 50,9 (42,3)
Tableau I. Nombre et pourcentage d’éosinophiles et de neutrophiles dans l’expectoration induite de sujets ayant souffert d’asthme professionnel causé par des agents variés. Sujets évalués en moyenne près de 10 ans après la fin de leur exposition à l’agent causant l’asthme professionnel. Trois des 20 sujets guéris et trois des 36 sujets améliorés ont des niveaux d’éosinophiles anormaux ( 2%). Les valeurs médianes d’éosinophiles et de neutro-philes sont significativement plus basses dans les groupes guéris et améliorés par rapport au groupe non amélioré (d’après [24]).
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Bronchite éosinophilique professionnelle
L’analyse de l’expectoration induite a permis dans le passé d’identifier un état pathologique à l’origine de toux chroniques sans obstruction bronchi-que ni hyperréactivité bronchibronchi-que nommée bronchite éosinophilibronchi-que [35]. L’exposition à certains produits dans les milieux de travail peut égale-ment être une cause de bronchite éosinophilique. Cette affection a été initialement observée chez une patiente qui était exposée à des colles à base de cyano-acrylate et de méthacrylate, produits connus pour provoquer de l’AP. Cette patiente se plaignait de dyspnée, d’oppression thoracique, de sifflements et d’une toux sèche persistante : ces symp-tômes survenaient dans l’atelier où elle travaillait. Ils s’atténuaient nettement au cours des fins de semaine. L’analyse de l’expectoration induite recueillie lors des périodes de travail montrait une éosinophilie importante. Cette éosinophilie disparaissait après retrait du travail sans qu’aucun changement du VEMS ou de la réactivité bronchique ne soit noté durant les périodes d’activités professionnelles. L’exposition au cyanoacrylate en laboratoire provoquait également une éosinophilie bronchique sans changement du VEMS ni de la réactivité bronchique. Cette maladie a été dénommée bronchite éosinophilique professionnelle
[36]. Depuis, d’autres auteurs ont décrit cette affection provoquée par d’autres agents professionnels comme le latex [37], les isocyanates
[18], la farine [18], la fumée de soudure et le formaldéhyde [21], ainsi que la chloramine [38]. Des critères diagnostiques ont été récemment établis [39]. Il est probable que cette affection soit sous-estimée puis-que l’expectoration induite n’est pas systématipuis-quement pratiquée dans
la plupart des centres. Cependant, ce test devrait être effectué lorsque des symptômes respiratoires, en parti-culier de la toux, sont exacerbés au travail en dépit d’une CP20 et d’un VEMS normaux. Bien que l’on ne sache pas si les sujets atteints de bronchite éosinophilique risquent de développer de l’asthme s’ils restent exposés à l’agent professionnel en cause, il est évidemment préférable d’orienter ces sujets vers un autre milieu professionnel.
Conclusions
Une éosinophilie et une neutrophilie ont été observées dans les expectorations des sujets atteints d’AP après qu’ils avaient été exposés à des agents de haut et de bas poids moléculaire en laboratoire. L’éosinophilie trouvée dans l’expectoration des sujets avec AP diminue ou disparaît après leur retrait des lieux de leur travail. Une neutrophilie a été relevée chez des travailleurs asthmatiques sans AP qui se plaignaient d’une aggravation de leurs symptômes dans leur milieu de travail. Les mécanismes de l’inflam-mation neutrophilique ne sont pas clairs et requièrent des travaux de recherche supplémentaires pour en comprendre les conséquences. Par ailleurs, la persistance d’une inflam-mation bronchique malgré la cessation de l’exposition pourrait constituer un facteur de mauvais pronostic chez les sujets atteints d’AP [33, 40].
La bronchite éosinophilique professionnelle représente une entité qui est probablement sous-estimée et devrait être envisagée chez tous les travailleurs qui se plaignent d’une toux chronique en l’absence d’un tableau clinique évident d’asthme dans leur milieu de travail.
En conclusion, bien que les résultats présentés dans ce tour d’horizon méritent d’être confirmés par un plus grand nombre d’études, le recours à l’expectoration induite est, à notre point de vue, une mesure suscep-tible d’accroître l’efficacité de l’examen clinique et du suivi des patients victimes d’AP. Cette méthode améliore la sensibilité et la précision du diagnostic et permet de mieux évaluer l’ampleur des séquelles attribuables à l’AP quand les sujets ne sont plus exposés aux agents déclencheurs de la maladie. Elle permet aussi de dépis-ter des cas de bronchite éosinophilique sans asthme. Son rôle dans la surveillance de travailleurs qui risquent de présenter de l’AP reste cependant à déterminer.‡
SUMMARY
Use of induced sputum
in the investigation of occupational asthma
The diagnosis of occupational asthma relies mainly on the demonstration of changes in airway calibre and airway res-ponsiveness after exposure to occupational agents in the laboratory or at the workplace. However, spirometry or peak
Groupe guéri Groupe amélioré Groupe non amélioré IL-8 (pg/ml) n 19 29 22 médiane 713,7 660,8 1265,8 IQ 1383,2 797,2 3348,1 MPO (pg/ml) n 18 29 22 médiane 560,3 127,1 643,7 IQ 878,7 393,7 1241,6 Éotaxine (pg/ml) n 19 29 22 médiane 0,5 0,5 0,4 IQ range 4.7 1.3 1.3
Tableau II. Niveaux de IL-8, MPO et éotaxine dans les trois groupes de sujets.
Niveaux d’interleukine 8 (IL-8) et de myéloperoxydase (MPO) mais non d’éo-taxine significativement plus faibles dans les groupes guéris et améliorés en comparaison avec le groupe non amélioré (d’après [24]).
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expiratory flow measurements may be open to misinterpretation when they are not performed optimally. As in non-occupational asthma, airway inflammation is one of the main characteristics of occupational asthma. Induced sputum, a non invasive method to assess airway inflammation, has been successfully used in the management of asthma. This article reviews the studies that have investigated and characterized the changes in sputum cell counts occurring in subjects with occupational asthma after exposure to occupational agents in the laboratory or at the workplace in order to assess the place of induced sputum in the investigation of occupational asthma. It also reviews the use of induced sputum during the follow-up of workers with occupational asthma after removal from exposure. This article also describes a new condition identified thanks to the use of induced sputum : occupational eosinophilic bronchitis. In conclusion, induced sputum is a useful tool in the investigation of occupational asthma. Its use on a regular basis in the inves-tigation of occupational asthma also allows for the possibility of diagnosis of overlooked conditions such as occupational eosinophilic bronchitis. Its role in the surveillance of workers at risk to develop occupational asthma remains to be determined.‡
REMERCIEMENTS
C.L. est lauréate d’une bourse de nouveau chercheur des Instituts de Recherche en Santé du Canada.
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C. Lemière
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